Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса

В лекции 2 было показано, что световые волны являются поперечными: векторы напряженности электрического Е и магнитного поля Н взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости v, распространяющейся волны, т.е. колеблются перпендикулярно лучу. Опыт показывает, что при взаимодействии света с веществом основное действие (физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и др.) вызывается колебаниями вектора Е, который в связи с этим иногда называют световым вектором. Поэтому для описания закономерностей поляризации света следят за поведением вектора Е. Плоскость, образованная векторами Е и v, называется плоскостью поляризации. Если колебания вектора Е происходят в одной фиксированной плоскости, то такой свет (луч) называется линейно-поляризованным [cм. рис. 2 во второй лекции]. Его условно обозначают так. Если луч поляризован в перпендикулярной плоскости (в плоскости хоz, см. рис. 2 во второй лекции), то его обозначают. ИК К О Ж З Г С Ф УФ луч белого света Рис.1 экран Рис.2 0 1 n v0 v A C B луч Рис.3 E Естественный свет (от обычных источников, солнца), состоит из волн, имеющих различные, хаотически распределенные плоскости поляризации (см. рис. 3). Естественный свет иногда условно обозначают так. Его называют также неполяризованным. Если при распространении волны вектор Е поворачивается и при этом конец вектора Е описывает окружность, то такой свет называется поляризованным по кругу, а поляризацию – круговой или циркулярной (правой или левой). Существует также эллиптическая поляризация. Существуют оптические устройства (пленки, пластины и т.д.) – поляризаторы, которые из естественного света выделяют линейно поляризованный свет или частично поляризованный свет. Поляризаторы, использующиеся для анализа поляризации света называются анализаторами. Плоскостью поляризатора (или анализатора) называется плоскость поляризации света, пропускаемого поляризатором (или анализатором). Пусть на поляризатор (или анализатор) падает линейно поляризованный свет с амплитудой Е0. Амплитуда прошедшего света будет равна Е=Е0сosϕ, а интенсивность I=I0сos 2 ϕ. Эта формула выражает закон Малюса: Интенсивность линейно поляризованного света, прошедшего анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла ϕ между плоскостью колебаний падающего света и плоскостью анализатора.

Методичка

Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера Если угол падения света на границу раздела двух прозрачных диэлектриков (например, на поверхность стеклянной пластинки) отличен от нуля, то отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (плоскость рисунка). В преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения (см. рис.5). Поляризацию объясняет электромагнитная теория Максвелла. Закон Брюстера: отраженный свет полностью линейно поляризован при угле падения αБр, удовлетворяющем условию tgα Бр=n2/n1. (7) При этом преломленный свет поляризован не полностью и угол между отраженным и преломленным лучами равен 90°.

Методичка

естественная Анизотропия (от др. uреч. ἄνισος — неравный и τρόπος — направление) - зависимость свойств материала (например, механических: предела прочности, относительного удлинения, твердости, износостойкости и др.) от направления внутри этого материала. Если материал изотропен, то его свойства одинаковы во всех направлениях.

примером естественной анизотропии на микроуровне является анизотропия элементарной кристаллической ячейки. Если рассматривать отдельные направления внутри элементарной ячейки, то проявляется анизотропия: различные направления имеют различные свойства на масштабном уровне, определяющемся размерами кристаллической решетки. В качестве примера можно привести монокристалл медного купороса (рис.1). Степень анизотропии кристаллов кубической сингонии гораздо выше. Если рассматривать направления осей x, у и z, то монокристалл поваренной соли изотропен (рис.1б). Овализованный кристалл поваренной соли имеет изотропную форму.

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ - оптич. приборы для обнаружения, анализа, получения и преобразования поляризов. оптич. излучения, а также для разл. исследований и измерений, использующих явление поляризации света.